Тепловой расчет вспомогательного утилизационного парового котлоагрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волжская государственная академия водного транспорта

Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок

Методические указания по выполнению контрольной работы для студентов заочного обучения специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок» 180403

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО УТИЛИЗАЦИОННОГО ПАРОВОГО КОТЛОАГРЕГАТА

В.А. Пискунов, В.В. Колыванов

Нижний Новгород

2011

УДК 621.181.002.52:629.12

П 34

Пискунов, В.А., Колыванов В.В.

Тепловой расчет вспомогательного утилизационного парового котлоагрегата: методические указания / В.А. Пискунов., В.В. Колыванов - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2011. - с.

Рассмотрены общие вопросы выполнения контрольной работы по дисциплине «Судовые вспомогательные котельные установки». Дана методика теплового расчета судового утилизационного котла. Приведены необходимые справочные, данные, а также рекомендации по выбору основных геометрических и теплотехнических характеристик котлов.

© ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2011

1. Цель и задачи контрольной работы

Целью выполнения контрольной работы является изучение конструкции парового утилизационного водотрубного котла с принудительной циркуляцией и приобретение навыков теплового расчета.

В процессе выполнения контрольной работы студент решает ряд практически важных задач, приобретая необходимый опыт будущей инженерной работы.

2. Конструкция парового утилизационного водотрубного котла с принудительной циркуляцией змеевикового типа

В качестве примера рассмотрим конструкцию водотрубного котла с принудительной циркуляцией обычного типа без газового регулирования. Предназначен для работы на отработавших газах двигателей внутреннего сгорания эффективной мощности 700 ... 3000 кВт при температуре газов 350 ... 470°С, при этом паропроизводительность котлоагрегата 500 ... 1800 кг/ч при избыточном давлении 0,4 ... 0,5 МПа. Общий вид котлоагрегата представлен на рис. 1. Кожух котла цилиндрической формы и состоит из приемной камеры, левой и правой обшивок и камеры глушения, соединенных между собой болтами. Коллекторы вварены в жесткую стальную раму, прикрепленную к обшивке болтами. Испарительная поверхность состоит из параллельно включенных змеевиков, концы которых вварены в раздающий и собирающий коллекторы. Коллекторы изготовлены из цельнотянутых труб и имеют одинаковые диаметры и длину. Вследствие относительно низкого давления в котле донышки коллекторов плоские. Змеевики лежат на нижней крестовине, которая опирается на опоры, приваренные к верхней части приемной камеры. Во избежании вибрации при работе двигателя, которая может привести к нарушению плоскости соединения коллекторов со змеевиками, последние стянуты связями с помощью крестовины.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рнс. I. Котел с принудительной циркуляцией обычного типа (без газового регулирования): а -- вид с переднего фронта; б - продольный разрез.

1 -- обшивка левая; 2 -- лючок; 3 --клапан к манометру; 4 - клапан пароводяной смеси; 5-- клапан предохранительный; 6 -- камера глушения; 7-- обшивка правая; 8 -- горизонтальный опоры; 9 -- патрубок паротушения; 10 -- приемная камера; 11 -- опорный угольник; 12 -- крестовина; 13 -- проставка; 14 -- связи; 15 - змеевик; 16 -- верхняя крестовина; 17 -- вертикальная опора; 18 --воздушный клапан; 19 -- клапан циркулирующей воды; 20 --коллекторы; 21 -- клапан осушения; 22 -- патрубок для удаления гудрона; 23 -- дренажный патрубок; 24 -- отбойный конус.

Для наблюдения за состоянием поверхности нагрева и для обдувки установлена проставка из полосовой стали, выполненная в виде крестовины. В районе проставки с переднего фронта имеются два лючка круглой формы диаметром 200 мм каждый. Дня осмотра и чистки на приемной камере и камере глушения имеется по одному такому же лючку, как и на обшивке. Котел крепят к фундаменту при помощи двух горизонтальных опор, приваренных к приемной камере. Раскрепление котла осуществляется вертикальной опорой, расположенной на камере глушения. Для обеспечения теплового расширения на опорах имеются овальные отверстия. Во избежание попадания котловой воды в газопровод при аварии змеевиков патрубок выхлопного газопровода несколько выступает над донышком приемной камеры, образуя объем, из которого отводят воду, попавшую из змеевиков, а также гудрон (при забросе его в котел). С этой же целью в приемной камере предусмотрен отбойный конус, а для дренажа воды - патрубок, к которому присоединяется водяной затвор и сливной трубопровод. Назначение водяного затвора - не пропускать выхлопные газы в сливной трубопровод. От водяного затвора подведена трубка к сливной воронке, расположенной у пульта управления. Появление воды из трубки указывает на наличие повреждений в змеевиках котла. При попадании несгоревшего топлива и масла в утилизационный котел, для удаления их из приемной камеры в нижней ее части находится специальный патрубок. Кроме того, на приемной камере имеется патрубок подвода пара для тушения, в случае загорания гудрона. Наружные поверхности обшивки, приемной камеры и камеры глушения покрыты железным суриком, изолированы совелитовыми плитами и обшиты оцинкованным железом. Коллекторы и фланцевые соединения изолированы асбестовыми матрицами с набивкой из совелитового порошка.

На рис. 2 изображен змеевик утилизационного котла. В рассмотренном котле их 20 штук. Каждый змеевик состоит из двух одинаковых последовательно соединенных спиралей. Спирали соединяют в змеевики с помощью газовой сварки. Между спиралями каждого змеевика укрепляют четыре гребенки, которые обеспечивают требуемое расстояние между витками спирали. Кроме того, установка гребенок обусловлена технологическим процессом навивки спиралей на станке. После навивки спирали на станке приваривают гребенки, тем самым строго фиксируют шаг и радиусы витков. Для обеспечения заданных зазоров между змеевиками сверху приварены четыре промежуточные полосы. Число гребенок и промежуточных полос принимается в зависимости от диаметра котла (при диаметре до 1200 мм число полос принимается равным четырем, при большом диаметре число полос доводится до шести).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Змеевик котла обычного типа (без газового регулирования):

1 - промежуточные полосы; 2 - спираль; 3 - гребенки

На рис. 3 показана спираль, выполненная из труб 29 х 2,5. Из двух спиралей составляется змеевик. При большой длине спираль изготавливают из отдельных труб, сваренных встык.

Схема поперечного сечения утилизационного котла показана на рис. 4.

Рис. 3. Спираль котла обычного типа (без газового регулирования).

Рис. 4 Схема поперечного сечения утилизационного котла

Камера глушения двадцатизмеевикового котла представлена на рис. 5.

б)

Рис. 5. Камера глушения:

а -- продольный разрез; б -- вид в плане.

1 -- обушок; 2 -- обечайка; 3 -- диафрагма; 4 -- глушительная труба

Она состоит из обечайки, диафрагмы и шести перепускных (глушительных) труб. Перепускные трубы и камера расширения над диафрагмой образуют основное звено заглушения шума выхлопа. Для подъема котла в верхней части камеры предусмотрены два обушка.

На рис. 6 показан типовой узел присоединения змеевиков к коллекторам. В раздающий и собирающий коллекторы вварены по числу змеевиков распределительные стаканы, к которым при помощи сварки присоединяются концы змеевиков. Внутри стаканов сделана резьба для установки заглушек в случае выхода змеевика из строя. В стаканах раздающего коллектора резьбу используют для установки втулок с дроссельными шайбами, которые позволяют организовать распределение воды по отдельным змеевикам в соответствии с их тепловыми нагрузками. Размеры отверстий дроссельных шайб определяют гидравлическим расчетом. Напротив каждого змеевика в наружной части стакана расположены отверстия для установки заглушек. Эти отверстия закрывают резьбовыми пробками на медных прокладках. Во втулках распределительных стаканов просверлены отверстия для прохода воды. Количество отверстий выбрано таким образом, чтобы общая их площадь в 3 ... 4 раза превышала сечение трубы змеевиков.

Рис. 6. Типовой узел присоединения змеевиков к коллекторам.

1 -- собирающий коллектор; 2 -- резьбовая втулка; 3 -- распределительный стакан; 4 -- змеевик; 5 -- дроссельная шайба; 6 -- раздающий коллектор; 7 -- пробка.

3. Задание на контрольную работу

утилизационный котел коллектор

Задание на контрольную работу включает следующие данные: вид топлива, паропроизводительность (D), избыточное давление пара в котле (рн.п.), температура питательной воды (tп.в.).

Все варианты задания предполагают расчет вспомогательного утилизационного парового водотрубного котлоагрегата с принудительной циркуляцией змеевикового типа.

Выбор вариантов задания выполняется по номеру группы студента и последней цифре шифра студенческой зачетки. Номер группы устанавливается в зависимости от начальной буквы фамилии студента:

Численные значения исходных данных для расчета по каждому варианту представлены в табл. 1.

Таблица 1

Исходные данные к тепловому расчету утилизационного котла

В табл. 2 приведены основные характеристики заданных видов топлив, ниже даны уравнения для определения энтальпий газов для этих видов топлив. По этим уравнениям рассчитываются энтальпии газов (при входе - h1, при выходе - h2) из утилизационного котлоагрегата.

Таблица 2

Основные характеристики топлива

Энтальпию газов для топлив, приведенных в табл. 2, рекомендуется рассчитывать в диапазонах: температура газов t = 200...500 °С, коэффициент избытка воздуха = 1,7...2,2.

Для дизельного топлива энтальпия рассчитывается по выражению:

h = 435,9961 - 176,1068 + l,207553 t - 2,094096 + 15,97954 () + 0,004567789 t2;

для моторного:

h = 424,5781 - 180,2433 + l,265627 t+ 15,47868 () + 0,004468586 t2;

для газотурбинного:

h = 434,9492 - 184,385 + l,246355 t + 15,89138 () + 0,004572395 t2.

где h, t - энтальпия и температура газов (на входе, h1 , t1 и выходе, h2 , t2 из утилизационного котла).

4. Содержание пояснительной записки к контрольной работе

Пояснительная записка включает описательную и расчетную части. В описательной части должны найти отражение следующие вопросы:

краткое описание конструкции и принцип действия вспомогательного утилизационного парового водотрубного котла с принудительной циркуляцией змеевикового типа;

преимущество и недостатки котлов данного типа;

эскиз змеевика котла с основными размерами необходимыми для расчета.

Расчетная часть содержит методику теплового расчета, и результаты вычислений, представленные в табличной форме.

5. Тепловой расчет

Тепловой расчет утилизационного котлоагрегата (УК) производят для определения площади поверхности нагрева Hпр, температуры отработавших газов t2* за УК и к.п.д. котла зк при заданных значениях паропроизводительности D, параметров пара и воды.

При выполнении расчета для построения графика зависимости теплового потока вырабатываемого УК от температуры отработавших газов, задаемся тремя значениями температуры t2. пример построения графика см. рис.7, а его оформление [3]. Точка пересечения зависимостей теплового потока, по уравнениям теплового баланса и теплопередачи, от температуры отработавших газов даст искомые значения Qп* и t2*.

Тепловой расчет утилизационного водотрубного котла производим в табличной форме приведенной ниже:

Приложение 1

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

см. рис. 3

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

Приложение 2

Рисунок 7 - График зависимости теплового потока от температуры отработавших газов

1 - зависимость теплового потока от температуры отработавших газов, по уравнению теплового баланса;

2 - зависимость теплового потока от температуры отработавших газов, по уравнению теплопередачи.

Приложение 3

Приложение 4

Физические характеристики воздуха (числитель) и продуктов сгорания (знаменатель) среднего состава при р=0,0981 МПа (1 кг/см2)

Библиографический список

1. Хряпченков, А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: учеб. пос. 2-е изд. перераб. и доп. / А.С. Хряпченков. - Л.: Судостроение, 1988. - 296 с. - ISBN 5-7355-0069-4.

2. Герловин, Л.И. Судовые утилизационные и комбинированные котлы / Л.И. Герловин, С.М Слуцкер. - Л.: Судпромизд, 1962. - 252 с.

3. Борисов Н.Н., Пискунов В.А., Пономарев Н.А., Садеков М.Х. Основные требования к оформлению дипломных и курсовых проектов (работ): Методические указания к оформлению дипломных и курсовых проектов (работ), а также отчетов о научно-исследовательской работе, выполняемых студентами электромеханического факультета / Н.Н. Борисов, В.А. Пискунов, Н.А. Пономарев, М.Х. Садеков - Н.Новгород: Издательство ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2005.-66с.

Размещено на Allbest.ru